2.4 Защита от замыканий на землю в обмотке ротора

Для сигнализации замыкания на землю в обмотке ротора и цепи возбуждения турбогенераторов мощностью 100 МВт и более применяется защита типа КЗР-3.

На генераторах мощностью 63 МВт замыкание на землю в одной точке выявляется при периодических измерениях сопротивления изоляции цепи возбуждения. После этого к турбогенератору подключается переносное устройство типа КЗР-2, которое является защитой от замыкания на землю в двух точках цепи возбуждения. На генераторах мощностью 160 МВт и более эта защита не используется из-за недопустимости их работы с замыканием на землю в одной точке обмотки возбуждения. При появлении замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения у таких генераторов питание обмотки возбуждения переключается на резервный возбудитель, и если замыкание не исчезнет, генератор должен быть разгружен и отключен.

2.5 Дифференциальная защита трансформатора

(АВТОТРАНСФОРМАТОРА) БЛОКА

В качестве основной защиты от многофазных и однофазных коротких замыканий в блочном трансформаторе (автотрансформаторе) применяется дифференциальная защита на реле ДЗТ-21.

На блоках с высшим напряжением 110-220 кВ, подключенных к двойной системе шин, защита со стороны высшего напряжения присоединяется к трансформаторам тока, установленным в распредустройстве, и охватывает ошиновку трансформатора. На блоках с высшим напряжением 330 кВ и выше, присоединяемых к распредустройству высшего напряжения через два выключателя, дифзащита со стороны высшего напряжения подключается к трансформаторам тока, встроенным в силовой трансформатор, и не охватывает ошиновку.

Со стороны низшего напряжения блока при наличии выключателя в цепи генератора защита подключается к трансформаторам тока, установленным со стороны нулевых выводов генератора. При отсутствии генераторного выключателя защита на стороне низшего напряжения может присоединяться к трансформаторам тока, установленным со стороны нулевых выводов генератора.

В реле ДЗТ-21 для отстройки от бросков тока намагничивания и переходных токов небаланса используется время-импульсный принцип блокирования защиты в сочетании с торможением от второй гармоники дифференциального тока, содержащейся в токе намагничивания. Это позволяет снизить минимальный ток срабатывания защиты до 0,3 трансформатора.

Время-импульсный принцип основан на анализе длительности пауз в кривой тока. При броске тока намагничивания паузы между моментами, когда ток намагничивания превышает ток срабатывания реагирующего органа, велики. При синусоидальном токе (режим короткого замыкания в защищаемой зоне) паузы между мгновенными значениями выпрямленного тока, превышающими ток срабатывания реагирующего органа, малы. Таким образом, оценивая продолжительность пауз, реле ДЗТ-21 может отличать режим броска тока намагничивания (блокировка защиты) от режима короткого замыкания в зоне действия (срабатывание защиты).

Сочетание указанного принципа с торможением от второй гармоники, амплитуда которой в броске тока намагничивания значительна, позволяет отстроиться от токов включения.

Для предотвращения срабатывания защиты от токов небаланса при внешних коротких замыканиях в реле имеются цепи торможения от фазных токов плеч защиты.

В дифференциальной защите с реле ДЗТ-21 используются две тормозные цепи. Первая цепь присоединяется к трансформаторам тока, установленным на стороне высшего напряжения блока, и включается последовательно с рабочей цепью защиты. Вторая тормозная цепь присоединяется к трансформаторам тока, установленным на ответвлении к трансформатору или реактору собственных нужд, и включается независимо от рабочих цепей защиты.

Предотвращение срабатывания защиты от токов небаланса при внешних коротких замыканиях обеспечивается выбором коэффициента торможения.

При больших кратностях тока в защищаемой зоне, особенно при наличии апериодической составляющей, может наступить насыщение трансформаторов тока реле. При этом во вторичных токах трансформаторов тока появляются паузы, которые могут вызвать замедление или отказ защиты. Для обеспечения надежности и быстродействия защиты в указанных режимах в схеме реле предусмотрена дополнительная дифференциальная отсечка.

Реле подключается к трансформаторам тока через трансреактор TAV, первичная обмотка которого включается в дифференциальную цепь защиты. Тормозные цепи реле включают через два трансформатора TA1 и TA2. Первичные обмотки трансреактора и трансформаторов тормозных цепей выполнены с отпайками.

При применении на стороне высшего напряжения блока трансформаторов тока с номинальным вторичным током 1 А устанавливаются автотрансформаторы тока TAL1.

Расчет защиты с ДЗТ-21.

1. Определяется минимальный ток срабатывания защиты (при отсутствии торможения) по условию отстройки от броска тока намагничивания при включении трансформатора блока под напряжение:

, (16 )

где - коэффициент, обеспечивающий отстройку защиты от бросков тока намагничивания; принимается равным 0,3 ;

- номинальный ток тpансфоpматоpа, приведенный к стороне высшего напряжения.

2. Определяются вторичные токи и , протекающие в плечах защиты для сторон высшего и низшего напряжения, в номинальном режиме работы трансформатора защищаемого блока по формуле:

, (17 )

где - коэффициент схемы соединения трансформаторов тока;

- коэффициент тpансфоpмации тpансфоpматоpов тока.

Если значения и выходят за пределы диапазона номинальных токов трансреактора (2,5 - 5 А) более чем на 0,5 А, то необходима установка выравнивающего автотрансформатора.

3. Производится выбор ответвлений трансреактора и автотрансформатора. На стороне низшего напряжения блока выбирается по таблице 1 ответвление трансреактора с номинальным током, ближайшим меньшим по отношению к вторичному номинальному току, протекающему в плече защиты:

. (18)

Таблица 1 - Номинальные токи ответвлений трансреактора

Номер ответвления	1	2	3	4	5	6
, А	5	4,6	4,25	3,63	3,0	2,5

Если автотрансформаторы в цепи дифференциальной защиты не устанавливаются, то номинальный ток ответвления трансреактора на стороне высшего напряжения блока выбирается как ближайший меньший к расчетному току:

, (19)

где . (20) Если на стороне высшего напряжения блока в цепи дифференциальной защиты устанавливаются повышающие автотрансформаторы тока, то предварительно определяется номинальный ток ответвления автотрансформатора , ближайший по отношению ко вторичному номинальному току , проходящему в плече защиты со стороны высшего напряжения блока

,

и коэффициент трансформации автотрансформатора

. (21)

Таблица 2 - Номинальные токи ответвлений повышающего автотрансформатора TAL1

Выводы	1-2	1-3	1-4	1-5	1-6	1-7	1-8	1-11
,А	0,34	0,44	0,6	0,81	1,1	1,45	1,97	2,5

Затем выбирается ответвление трансреактора с номинальным током, ближайшим меньшим по отношению к току :

, (22)

где ; (23)

определяется по (20).

Значения номинальных токов ответвлений трансреактора и автотрансформатора приведены в таблицах 1 и 2.

4. Выбираются уставки реле:

при расчете на стороне низшего напряжения

; (24)

при расчете на стороне высшего напряжения

. (25) В случае, когда автотрансформаторы не устанавливаются, принимается . За расчетную следует принять большую из полученных уставок.

Регулировку минимального тока срабатывания реле производится в пределах от 0,3 до 0,7.

5. Выбираются ответвления трансформаторов тока тормозных цепей реле:

- номинальный ток ответвления трансформатора тока тормозной цепи реле TA2, присоединенной к трансформаторам тока со стороны высшего напряжения блока, выбирается как ближайший (больший или меньший) ко вторичному номинальному току , протекающему в плече защиты со стороны высшего напряжения блока:

,

если на стороне высшего напряжения блока в цепи защиты установлены автотрансформаторы тока, то

; (26)

- номинальный ток ответвления трансформатора тока тормозной цепи реле TA1, присоединенной к трансформаторам тока в цепи ответвления собственных нужд, выбирается как ближайший больший по отношению ко вторичному номинальному току этих трансформаторов тока;

,

где

, (27)

здесь - номинальная мощность трансформатора собственных нужд;

- минимальное значение регулируемого напряжения (для трансформаторов собственных нужд с регулированием напряжения под нагрузкой);

- коэффициент трансформации трансформатора тока в цепи собственных нужд.

Значения номинальных токов ответвлений трансформаторов тока тормозных цепей TA1 и TA2 приведены в таблице 3.

Таблица 3

Номер ответвления	1	2	3	4
, А	5	3,75	3,0	2,5

6. Определяется коэффициент торможения.

Коэффициент торможения реле ДЗТ-21 определяется как отношение приращения тока в рабочей дифференциальной цепи реле к полусумме приращения тока в тормозной цепи реле 0,5:

, (28)

где и относительное значение рабочего и тормозного токов при внешнем коротком замыкании;

- выбранная уставка реле;

- относительное значение тока начала торможения, =1;

- коэффициент отстройки, принимается равным 1,5.

Расчетными режимами при определении коэффициента торможения являются:

а) внешнее трехфазное короткое замыкание на стороне высшего напряжения трансформатора блока при подключении цепей дифференциальной защиты к трансформаторам тока, установленным со стороны нулевых выводов генератора (точка К1), и дополнительно на стороне низшего напряжения трансформатора при подключении цепей дифференциальной защиты к трансформаторам тока, установленным со стороны линейных выводов генератора (точка К2 рисунок 6);

б) внешнее трехфазное КЗ на ответвлении к собственным нуждам в режиме, когда выключатель на стороне высшего напряжения блока отключен (точка К3 рисунок 6).

Рисунок 6 - Расчетные схемы

Расчет по пункту а).

При внешнем трехфазном коротком замыкании в точках К1 или К2 по рабочей цепи реле протекает ток , равный максимальному значению расчетного вторичного тока небаланса , протекающему в реле защиты

= .

Ток небаланса определяется как сумма двух составляющих:

= +, (35)

где - составляющая, обусловленная погрешностью трансформаторов тока;

- составляющая, обусловленная неточностью установки расчетного значения токов на ответвлениях трансреактора.

Для случая, когда на стороне высшего напряжения блока в цепи дифференциальной защиты устанавливаются выравнивающие автотрансформаторы, эти токи определяются по формулам:

= , (36)

где - коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей тока КЗ, принимается =1;

- коэффициент однотипности трансформаторов тока, принимается равным 1;

- допустимая погрешность трансформаторов тока, принимается равной 0,1 ;

- периодическая составляющая вторичного тока (при t = 0) при внешнем трехфазном коротком замыкании в расчетной точке, протекающего в плече защиты на стороне высшего напряжения блока,

= /, (37)

где - периодическая составляющая первичного тока при внешнем трехфазном коротком замыкании в расчетной точке.

При отсутствии автотрансформаторов тока в цепях защиты со стороны высшего напряжения блока принимается .

= . (38)

По тормозной цепи реле протекает тормозной ток, равный периодической слагающей вторичного тока трехфазного короткого замыкания

. (39)

Относительные значения рабочего и тормозного токов определяются по формулам:

= , (40)

= / , (41)

где и - выбранные ответвления трансреактора и трансформатора тока тормозной цепи TA2.

Коэффициент торможения , необходимый для отстройки защиты от токов небаланса при внешнем КЗ в точке К1 или К2, определяется по (34).

Расчет по пункту б).

При внешнем повреждении на ответвлении к собственным нуждам в точке КЗ в режиме, когда отключен выключатель на стороне высшего напряжения блока, ток в рабочей цепи равен вторичному току трехфазного КЗ:

= = /, (42)

где - периодическая составляющая тока трехфазного короткого замыкания при повреждении в точке К3, приведенная к низшему напряжению трансформатора блока.

По тормозной цепи реле протекает тормозной ток, равный периодической составляющей вторичного тока трехфазного короткого замыкания при повреждении в точке КЗ,

=/. (43)

Относительные значения рабочего и тормозного токов равны:

= , (44)

= / . (45)

Коэффициент торможения , необходимый для отстройки защиты от внешнего повреждения на ответвлении к собственным нуждам, определяется по выражению (34).

В качестве уставки коэффициента торможения защиты принимается большее из двух полученных расчетных значений и .

7. Выбор уставок дифференциальной отсечки.

Уставка тока срабатывания дифференциальной отсечки выбирается из условия отстройки от броска тока намагничивания при включении трансформатора блока под напряжение:

, (46)

где - коэффициент отстройки защиты от броска тока намагничивания при включении трансформатора блока, принимается равным 4;

- относительное значение вторичного рабочего тока в плече защиты, соответствующее номинальному току тpансфоpматоpа блока,

= . (47)

Значение определяется по (25) или (28), принимается равным 1 при отсутствии автотрансформатора.

Согласно данным завода-изготовителя отсечка имеет две уставки тока срабатывания 6 или 9. Уставка тока срабатывания отсечки принимается ближайшей большей по отношению к ее расчетному значению.

8. Определение чувствительности защиты.

Чувствительность защиты определяется при повреждении в защищаемой зоне только при отсутствии торможения. Расчетной точкой является металлическое короткое замыкание на выводах высшего напряжения трансформатора блока при отключенном выключателе со стороны высшего напряжения:

к_ч⁽³⁾ =/ , (48)

к_ч⁽¹⁾ =/(), (49)

где и - первичный расчетный минимальный ток соответственно двухфазного или однофазного короткого замыкания;

- первичный ток срабатывания защиты, определенный по (22).

В соответствии с ПУЭ минимальный коэффициент чувствительности защиты должен быть не менее 2.